中波發射機遠程監控系統的應用研究

黃鴻燕

隨著廣播電視高新技術的飛速發展，國內大多數中波發射臺的發射機都已經實現了固態化。固態發射機的模塊化、自動化、數字化、穩定性高等特點為實現遠程遙測遙控奠定了基礎，從而達到“無人值班，有人值守”的自動化目標。由于一個發射臺站的占地面積比較廣，隨著中心城區建設的不斷發展，大多中波發射臺都已轉向城市周邊地帶,為達到發射臺安全播出保障等級一級保障要求，建立設備運行監控管理平臺，對信號源系統和發射系統關鍵設備的運行狀態進行集中監測，對關鍵采集數據設置異態報警，并實現遠程自動控制功能和數據的網絡化傳輸和管理能力。

1 系統軟件實現架構

監控系統上位機采用B/S 和C/S 結構相結合的模式。客戶端的任務和請求由Web 服務層來完成。客戶端不對數據進行保存和提取，只需要安裝通用的瀏覽器即可實現遠程數據遙測遙控，使得客戶機的工作量大大減輕，不僅節省了客戶機的硬盤內存，減少了運營成本，同時便于后期的維護升級。

B/S 體系采用改進的三層分布式結構，分別為表示層、業務邏輯層、數據層。B/S 體系又分為3個功能層面：瀏覽器、Web 服務器、數據庫服務器，三層體系結構將3 個功能層面在邏輯上進行分割，使其在系統運行中緊密聯系，各司其職，共同完成系統運行中的業務邏輯請求和數據服務請求[1]。三層B/S 系統結構圖如圖1 所示。

圖1 三層B/S系統結構圖

三層體系結構作為3 個獨立的功能模塊存在于應用系統的3 個功能層面，各自承擔不同的職責，共同完成客戶端請求的應答、遙測數據的接收、控制命令的下發等任務。表示層即客戶端瀏覽器頁面，用戶通過交互式的功能頁面實現系統的實際應用。業務邏輯層主要負責應答客戶端上傳的請求，并調用一個或者多個中間件服務來完成系統運行中的業務邏輯請求和數據服務請求，并返回處理后的結果至客戶端。數據層主要負責處理業務邏輯層提出的數據服務請求，并返回處理結果。

2 監控系統總體框架

監控系統采用上下位機結構通訊的模式，其拓撲結構如圖2 所示。上位機主要對發射機采集數據進行實時顯示，并對異常采樣數據進行報警，同時作為用戶終端交互頁面，實現監控系統的遠程遙控功能。下位機即同發射機接口相連的采集控制器主要完成發射機運行數據的采集和遠程控制指令的執行。

圖2 監控系統拓撲結構

上位機和下位機之間的通訊鏈路一般采用RS-422 模式、CAN 總線模式等。遠程通信一般采用專用網絡形式、internet 形式等。采用專用網絡的安全性較internet 形式強，薦于安全播出的重要性，系統采用專用網絡結構實現數據遠程傳輸，實現一個地區所有中波發射臺的集成監控和統一調度。

監控系統采用主從結構模式，上位機主要通過巡檢和隨機抽查的模式獲取下位機采樣數據，并通過交互式動態頁面進行數據顯示。同時，通過上位機下達遠程控制開關量信號，實現遠程定時開關機功能。下位機通過發射機對外接口板采集模擬量和開關量信號，再通過RS-422 模式進行傳輸，并通過串以轉換管理器將串口轉化為網口，也就是將采樣信號進行數字化處理后上傳到以太網總線[2]。為實現遠程監控中心對采樣數據的監聽監看，并及時上傳異態報警信息，實現數據監控的雙重保障，以太網總線接入專用網絡，既保障數據傳輸的安全性，又能實現數據的遠程監聽監看和一個區域發射臺站的統一管理。

3 集成監控綜合管理平臺的設計實現

集成監控綜合管理平臺實現了發射機采集數據的全流程監控，從發射機數據的采集到傳輸，再到上位機的顯示和交互式控制,體現了“管理與監控相結合”的理念，實現了發射機各采集數據的上傳和監看、信號流程各節點音頻信號的監聽，并對異態信號和信號丟失進行實時報警。

3.1 采集控制接口的設計

下位機的采集控制模塊采用嵌入式一體化操作系統，相對于離散的采集控制模塊而言，元件小型化設計的操作系統抗干擾能力更強，同時保證數據傳輸的準確性和可靠性。采集控制器的通訊鏈路設計為主發射機的RS-422 通訊接口1 同上位機進行通訊，備用發射機的RS-422 通訊接口1 同主發射機RS-422 通訊接口2 相連進行數據雙向通訊。通訊鏈路如圖3 所示。

圖3 下位機通信鏈路

主發射機采集器接口1 的RS-422 通訊接口有5個輸出腳，分別為RXD+、RXD-、TXD+、TXD-、地線。該通訊接口與串以轉換管理器相連，將串口轉化為網口后，采集數據上傳至上位機，實現采集數據的統一化監聽監看和處理。備用發射機的的RS-422通訊接口1 同主用發射機的RS-422 通訊接口2 相連，實現主備機之間的數據通訊。采集控制器主要實現數據的采集、存儲和對發射機的控制[3]。其內置的時鐘系統和存儲系統可單獨實現發射機自動開關機的功能，即發射機在預設的時間內執行自動開關機指令，在出現故障時執行自動倒備機動作。當通訊鏈路出現故障時，采集器通過時鐘控制系統和存儲系統仍可實現自動開關機功能。

3.2 單一頻率系統結構圖

單一頻率系統結構圖如圖4 所示。由于搬遷新臺播出機房結構特殊，發射機分別位于兩個機房。為了實現監控管理平臺統一化管理，前端信源通過智能控制切換器后由音頻線送到另外一個發射機房，再通過音頻處理器進行動態范圍內的音頻壓縮和處理。發射機采集數據信號通過串以轉換管理器轉化為可通過網絡進行傳輸的數字信號后到達以太網總線，發射機射頻信號通過檢波盒的峰值和均值檢波后獲取代表發射機功率和調幅度的采樣電壓后送入調幅度監測儀。調幅度監測儀同樣可對記錄數據進行管理，并具備網絡化傳輸監控數據的能力。回傳信號通過一對光纖收發設備將采樣的發射機數據送到同一個局域網進行數字化平臺綜合管理。

綜合管理平臺采用的是B/S 和C/S 相結合的模式。B/S 模式的優勢在于無需在客戶機上安裝客戶應用程序，只需要安裝通用的瀏覽器即可實現對遙測數據平臺的訪問，并通過客戶機瀏覽器即可實現遠程控制功能，這樣也節省了客戶機的硬盤空間，使得安裝更加簡便，網絡架構更加簡潔、靈活可靠。本系統采用的瀏覽器為谷歌瀏覽器，瀏覽器界面將各頻率發射機的功率和調幅度通過柱狀圖的形式進行動態演示，當出現故障報警時，所集成的子菜單可查詢到對應的報警信息以及發射機運行曲線圖，方便故障點的查找。另外，在值班員的權限等級設置上只設置數據查詢和遠程開關機功能，對于發射機開關機時間的設置以及功率系數的矯正和倒機門限的設置等功能只有更高一級的管理員用戶才可以登錄操作，提高了系統的安全性，為不間斷、高質量播出保駕護航。

圖4 單一頻率系統結構圖

3.3 單一頻率信號流程圖

單一頻率的信號流程圖如圖5 所示。信號從接收終端通過音頻分配器后的每個信號節點都通過跳線盤，方便故障節點的快速查找，提高信號轉接的效率。由于光纖和微波信號分屬兩個機房，所以光纖信號通過一對光纖終端盒和BTS 光端機進行兩個機房之間的信號收發和傳遞。微波信號通過一對ASI 光發機和光收機進行信號的收發和傳遞。信號在進入智能切換器和音頻處理器前后接入跳線盤，便于信號的轉接和信號質量的實時收聽。音頻智能切換器和處理器都帶有網絡模塊化管理功能，都可將音頻信號轉化為數字信號后以便于在網絡上進行傳輸，再通過上位機進行數字化信號的交互式管理。音頻數據工作站客戶端所監聽的信號包括信號源和入機信號、空收解調信號的監聽。信號源與入機信號來源于音頻智能切換器的數字音頻信號，空收解調信號來源于音頻解調編碼器的數字音頻信號。當出現信號電平低或者丟失時，客戶端將進行信號靜音和丟失報警。

由于發射機分布兩個機房，對于遠程監控的發射機，需要進行屏幕投射界面的顯示，所以除了信號源和空收解調信號單獨采用客戶端進行實時信號監聽和音頻電平過低和丟失報警外，系統還設計了遠程監控發射機的屏幕投射客戶端、系統流程圖客戶端、以及綜合管理平臺客戶端。服務器負責系統資源的最優化管理，當多個用戶對服務器提出數據服務請求時，通過優先級設置實現對資源的綜合管理。

圖5 單一頻率信號流程圖

4 結束語

本文簡要介紹了本臺自動化集成監控系統架構、信號傳輸模式，闡述了中波廣播發射系統信號全流程監控的基本過程。該系統運行以來穩定可靠，用戶界面友好，其異態報警功能和自動開關機和倒備機功能降低了值班員的勞動強度，綜合數據平臺提供的詳盡的監控數據對于系統預警和設備維護具有科學的指導意義，在實現報表統一化管理的同時，全面提高發射臺科學化的管理水平。